【正文】 《煤礦地質(zhì)學(xué)》一、緒論（一）地質(zhì)學(xué)的研究對象和任務(wù)地質(zhì)學(xué)是研究地球的一門自然科學(xué)。當(dāng)前主要是研究固體地球的外層——巖石圈，研究的內(nèi)容包括：地球內(nèi)部組成物質(zhì)的成分及其形成、分布和演化規(guī)律；地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；地表形態(tài)的發(fā)展過程及其發(fā)育規(guī)律；勘察地下資源的方法等。地質(zhì)學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科已有近二百年的歷史。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，其任務(wù)越來越需要分出專門學(xué)科分別承擔(dān)。這些學(xué)科有以下幾個方面：研究巖石圈的物質(zhì)成分及其形成、分布和變化規(guī)律方面有礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)、地球化學(xué)等。研究巖石圈的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地表形態(tài)的變化特征及發(fā)展規(guī)律方面有構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、地貌學(xué)、動力地質(zhì)學(xué)等。研究巖石圈的形成歷史、發(fā)展規(guī)律以及生物界演化特征方面有地文學(xué)、古生物學(xué)、地層學(xué)等。研究礦產(chǎn)資源的調(diào)查及勘探理論與方法方面的學(xué)科有地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查與勘探、地球物理探礦、探礦工程、遙感地質(zhì)、水文及土程地質(zhì)等。研究地球其它方面的學(xué)科有海洋地質(zhì)學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)、深部地質(zhì)學(xué)、地?zé)岬刭|(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等。（二）煤礦地質(zhì)學(xué)的研究對象煤礦地質(zhì)學(xué)的研究對象主要是煤礦建設(shè)、生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種地質(zhì)問題，包括煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、瓦斯地質(zhì)、煤塵等方面的情況。煤礦地質(zhì)學(xué)運(yùn)用地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)理論，查明影響煤礦建設(shè)、生產(chǎn)的各種地質(zhì)因素及其規(guī)律性，研究相應(yīng)的處理方案和措施，保證煤炭資源的正常開采與合理利用。（三）煤礦地質(zhì)學(xué)的任務(wù)煤礦地質(zhì)學(xué)的任務(wù)是研究從礦井基本建設(shè)開始直至開采結(jié)束為止全過程中的所有地質(zhì)現(xiàn)象，找出其規(guī)律，解決煤礦建設(shè)、生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種地質(zhì)問題。煤礦地質(zhì)學(xué)的主要任務(wù)如下：研究煤礦地質(zhì)規(guī)律：根據(jù)地質(zhì)勘探部門提供的原始地質(zhì)資料和煤礦建設(shè)生產(chǎn)中披露出來的地質(zhì)現(xiàn)象,研究礦區(qū)煤系地層、地質(zhì)構(gòu)造、煤層和煤質(zhì)的變化規(guī)律，查明影響煤礦建設(shè)、生產(chǎn)的各種地質(zhì)因素。礦井地質(zhì)工作：進(jìn)行礦井地質(zhì)勘探、地質(zhì)觀察、地質(zhì)編錄和綜合分析，提交煤礦建設(shè)、生產(chǎn)各階段所需的地質(zhì)資料，處理采掘工作中的地質(zhì)問題。礦井儲量管理：計(jì)算和核實(shí)礦井儲量，測定和統(tǒng)計(jì)儲量動態(tài)，分析儲量損失，編制礦井儲量表，為提高礦井儲量級別和擴(kuò)大礦井儲量提供依據(jù)，為生產(chǎn)正常接替、資源合理利用服務(wù)。水文地質(zhì)調(diào)查：地面與井下相結(jié)合，開展礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查。查明礦井水的來源、兩水通道、涌水量大小及其影響因素與變化規(guī)律，研究和制定防治水措施與方案，同時為煤礦生產(chǎn)、生活尋找和提供優(yōu)質(zhì)水源。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報對危及煤礦建設(shè)生產(chǎn)的各種地質(zhì)災(zāi)害，如瓦斯突出、水害、熱害、煤塵、崩塌、滑坡等，查明其形成機(jī)理，對各類地質(zhì)災(zāi)害的分布范圍、突發(fā)時間及危害程度進(jìn)行預(yù)測預(yù)報，提出防范措施與治理方案。環(huán)境地質(zhì)調(diào)查：開展礦區(qū)(井)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，查明污染礦區(qū)(井)環(huán)境的地質(zhì)因素及其危害程度，研究環(huán)境地質(zhì)的治理措施，配合環(huán)保部門提出礦區(qū)(井)環(huán)境保護(hù)方案。礦產(chǎn)資源綜合利用：調(diào)查研究煤系地層中伴生礦產(chǎn)資源的性質(zhì)、特征、儲量、分布規(guī)律和利用價值，為化廢為寶、綜合利用、保護(hù)環(huán)境、提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益提供依據(jù)。二、地質(zhì)作用地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造和外部形態(tài)時刻都在變化著，只是這種變化，有些進(jìn)行得快，易于被人們覺察和觀測，如地震和火山活動等；有些則進(jìn)行得十分緩慢，不易被人們發(fā)現(xiàn)，如巖石的風(fēng)化、地殼大范圍的升降和水平運(yùn)動等。這些由自然動力促使地球物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造和外部形態(tài)發(fā)生變化與發(fā)展的過程稱為地質(zhì)作用。其中，作用于整個地殼或巖石圈，能源主要來自地球本身的稱內(nèi)力地質(zhì)作用；作用于地殼表層，能源主要來自地球以外的稱外力地質(zhì)作用。（一）內(nèi)力地質(zhì)作用主要由地球旋轉(zhuǎn)、重力、放射性元素蛻變、地?zé)嵋约敖Y(jié)晶相變、化學(xué)性質(zhì)活潑的流體等在地球內(nèi)部產(chǎn)生的動力，促使地殼或巖石圈的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造及外部形態(tài)發(fā)生變化的過程稱為內(nèi)力地質(zhì)作用。按作用的性質(zhì)和方式，內(nèi)力地質(zhì)作用可分為構(gòu)造運(yùn)動、地震作用、巖漿作用和變質(zhì)作用等。構(gòu)造運(yùn)動由地球內(nèi)動力引起地殼(或巖石圈)組成物質(zhì)變形變位的機(jī)械運(yùn)移過程稱構(gòu)造運(yùn)動。構(gòu)造運(yùn)動控制著地表海陸分布的輪廓和地形，改變著巖石的原始產(chǎn)狀，形成形式多樣的地質(zhì)構(gòu)造及其組合。根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動發(fā)生的時期，又將發(fā)生在晚第三紀(jì)末以來的構(gòu)造運(yùn)動稱為新構(gòu)造運(yùn)動，其中人類歷史時期至現(xiàn)代的新構(gòu)造運(yùn)動，還稱為現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動。地震作用地震是構(gòu)造運(yùn)動的綜合表現(xiàn)形式之一。它是巖石圈內(nèi)積聚的能量聚然釋放而引起的大地顫抖。按成因可分為陷落地震、構(gòu)造地震、火山地震。巖漿作用巖漿是飽含揮發(fā)組分、過熱水及蒸汽的硅酸鹽熔融體。它在地殼深處或上地幔處于高溫高壓的相對平衡狀態(tài)，具有極大的活動性。當(dāng)局部溫度或壓力稍有變化，巖漿就向壓力較小的地帶運(yùn)移，沿巖石裂縫或薄弱帶上升，侵入巖石圈上部甚至噴出地表。巖漿在上升運(yùn)移中與圍巖相互作用，不斷地改變自身的化學(xué)成分和物理狀態(tài)，最后在一定的溫度、壓力條件下冷凝固結(jié)成各種火成巖及相關(guān)的金屬、非金屬礦產(chǎn)。這種巖漿形成、活動直至冷凝成巖的過程稱為巖漿作用。巖漿作用可分為噴出作用和侵入作用。變質(zhì)作用變質(zhì)作用是指地殼中原有的巖石受物理和化學(xué)條件變化的影響，使其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物成分等發(fā)生變化而形成一種新的巖石的過程。變質(zhì)作用不僅改造了原巖，也改造了原有礦床，甚至形成新的礦床，所以，變質(zhì)作用也是重要的成礦作用。大量金屬和非金屬礦產(chǎn)都與變質(zhì)作用有關(guān)并賦存于變質(zhì)巖中，如鐵礦、磷礦、石墨礦、滑石礦等。（二）外力地質(zhì)作用大氣、水和生物在太陽輻射能、重力能和日月引力等影響下產(chǎn)生的動力對地殼表層進(jìn)行的各種作用，統(tǒng)稱外力地質(zhì)作用。按作用的方式及其產(chǎn)物，外力地質(zhì)作用可分為風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積和成巖作用等。外力地質(zhì)作用夷平地表，重塑地表形態(tài)，并引起地表物質(zhì)的遷移、分散和富集。風(fēng)化作用風(fēng)化作用是指巖石在地表?xiàng)l件下，由于溫度變化，水或水溶液以及生物活動等影響而發(fā)生的機(jī)械破裂和化學(xué)分解作用?？煞譃槲锢盹L(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三種類型。剝蝕作用剝蝕作用是指地表水體、地下水、冰川和風(fēng)等介質(zhì)在運(yùn)動狀態(tài)下對地殼表層巖石進(jìn)行破壞并將破壞產(chǎn)物搬走的過程。剝蝕作用按運(yùn)動介質(zhì)和方式可分為許多類型，其中主要有風(fēng)地表流水、海水、地下水的剝蝕作用和冰川的刨蝕作用等。搬運(yùn)作用風(fēng)化、剝蝕作用的產(chǎn)物，被流水、海洋、風(fēng)、冰川等運(yùn)動介質(zhì)以機(jī)械或化學(xué)的方式轉(zhuǎn)移到他處的過程稱為搬運(yùn)作用。搬運(yùn)過程中被搬運(yùn)物質(zhì)也經(jīng)受著不斷的改造、分選或分異。沉積作用搬運(yùn)過程中的物質(zhì)，由于搬運(yùn)介質(zhì)能量減弱或物理化學(xué)條件的改變以及生物作用等因素的影響，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境停頓堆積的過程稱為沉積作用。沉積作用按沉積地域可分為海洋沉積和陸地沉積；按沉積方式有機(jī)械沉積、化學(xué)沉積和生物化學(xué)沉積等。成巖作用松散沉積物被覆蓋與原介質(zhì)隔絕逐漸固結(jié)成巖，直至遭受變質(zhì)作用或風(fēng)化作用之前的各種物理，化學(xué)、生物作用統(tǒng)稱為沉積巖的成巖作用。成巖作用的主要方式有壓固、膠結(jié)和重結(jié)晶等。三、礦物（一）礦物的概念礦物是由一種或多種元素在各種地質(zhì)作用下形成的自然產(chǎn)物。具有比較固定的化學(xué)成分，絕大多數(shù)礦物內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)有序排列（晶體礦物）。其狀態(tài)以是固態(tài)為主，有少數(shù)礦物為液態(tài)和氣態(tài)。（二）礦物的主要特點(diǎn)和性質(zhì)不同的礦物具有不同的特征與性質(zhì)，在地質(zhì)工作中可以根據(jù)其不同的特征與性質(zhì)來識別和鑒定礦物。礦物的形態(tài)在相同的生長條件下，一定成分的同種礦物往往呈現(xiàn)相同的形態(tài)，這種性質(zhì)稱為礦物的結(jié)晶習(xí)性。自然界部分礦物是以單個晶體產(chǎn)出的，但多數(shù)礦物是以集合體形式出現(xiàn)。礦物的光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)性質(zhì)，是指礦物對自然光的吸收、反射、折射等所表現(xiàn)出的各種性質(zhì)。主要有礦物的顏色、條痕、光澤、透明度等。1）顏色礦物的顏色是礦物最直觀的光學(xué)性質(zhì)，是鑒定礦物的重要標(biāo)志。礦物的顏色可以分為白色、他色、假色三種。自色：礦物自身固有的顏色，是由礦物的化學(xué)成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的，對同一種礦物而言，自色一般比較固定。例如黃鐵礦的淺銅黃色，方鉛礦的鉛灰色，孔雀石的翠綠色，雌黃的黃色等，具有重要的鑒定意義。他色：礦物內(nèi)部的氣液包裹體或帶色的機(jī)械混人物而引起的一種顏色。他色與礦物的化學(xué)成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。假色：由于某種物理光學(xué)過程引起礦物呈色的現(xiàn)象，與礦物的化學(xué)成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。2）條痕條痕是礦物粉末的顏色，即礦物在條痕板(白色無釉瓷板)上擦劃后留下粉末的顏色。礦物的條痕消除了假色，減弱了他色，因而比礦物顆粒的顏色更為穩(wěn)定，因而更有鑒定意義。條痕對鑒定不透明礦物至關(guān)重要。3）光澤礦物的光澤指礦物表面反射可見光的能力。礦物表面反射可見光由強(qiáng)到弱，其光澤可分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤、玻璃光澤等四類。4）透明度礦物的透明度指礦物透過可見光波的程度。金屬礦物吸收率高，一般都不透明；非金屬礦物吸收率低，一般都透明。礦物越薄，透明度越高；反之亦然，例如極薄的金箔也能透過部分可見光波。礦物的力學(xué)性質(zhì)礦物的力學(xué)性質(zhì)是指礦物在外力作用之下所表現(xiàn)的性質(zhì)。主要有硬度、解理、斷口等。1）硬度礦物的硬度是指礦物抵抗外力作用(如刻劃、壓入、研磨等)的機(jī)械強(qiáng)度。確定礦物的硬度一般采用摩氏硬度為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。摩氏硬度亦稱相對硬度。Friedrich Mohs l882年提出通過礦物的相互刻劃、比較來確定礦物的相對硬度，并將10種礦物按硬度相對大小排列為10個等級，它們從1級到10級分別為：①滑石；②石膏；②方解石；④螢石；⑤磷灰石；⑧正長石；⑦石英3⑧黃玉⑨剛玉；⑩金剛石。人們將以上10種標(biāo)準(zhǔn)硬度礦物稱為摩氏硬度計(jì)。此外。2）解理礦物的解理是指礦物在外力打擊之下，總是沿一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)。裂開的光滑平面稱為解理面。3）斷口礦物的斷口指礦物在外力作用下在任意方向產(chǎn)生不平整斷面的性質(zhì)。斷口無論在結(jié)晶質(zhì)或非晶質(zhì)礦物中都可能出現(xiàn)。具有良好解理的礦物受力時極易沿解理方向裂開，在解理面上難看到斷口，所以斷口與解理互為消長關(guān)系，即解理發(fā)育的礦物難于出現(xiàn)斷口，易出現(xiàn)斷口的礦物解理不發(fā)育。礦物的其它性質(zhì)1）相對密度礦物的相對密度是指純凈的單礦物在空氣中的重量與4℃時同體積水的重量之比礦物的相對密度相差甚大，小的不到1，大的可達(dá)22以上，但多數(shù)礦物的相對密度在2—。2）磁性礦物的磁性是指礦物在外磁場作用下被吸引或排斥的性質(zhì)。四、巖石分類巖石是由一種或一種以上的礦物或巖屑組成的有規(guī)律的集合體，是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石是組成巖石圈的基本單位。巖石類型復(fù)雜多樣，按巖石形成的自然作用類型，可將它們分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大巖類。（一）巖漿巖巖漿巖是由來自地球內(nèi)部的熔融物質(zhì)，在不同地質(zhì)條件下冷凝固結(jié)而成的巖石。當(dāng)巖漿由火山通道噴溢出地表凝固形成的巖石，稱噴出巖或稱火山巖。常見的火山巖有玄武巖、安山巖和流紋巖等。當(dāng)巖漿上升未達(dá)地表而在地殼一定深度凝結(jié)而形成的巖石稱侵入巖，按侵入部位不同又分為深成巖和淺成巖?；◢弾r、輝長巖、閃長巖是典型的深成巖?；◢彴邘r、輝長玢巖和閃長玢巖是常見的淺成巖 。根 據(jù) 化 學(xué) 組分 又 可將 巖漿巖分為超基性巖（SiO2，小于45%）、基性巖（SiO2，45%～52%）、中性巖（SiO2，52%～65%）、酸性巖（SiO2，大于65%）和堿性巖（含有特殊堿性礦物，SiO2，52%～66%）。（二）沉積巖在地表常溫、常壓條件下，由風(fēng)化物質(zhì)、火山碎屑、有機(jī)物及少量宇宙物質(zhì)經(jīng)搬運(yùn)、沉積和成巖作用形成的層狀巖石。組成沉積巖的物質(zhì)來自陸地上已生成的各類巖石，它們稱為沉積巖的母巖(或源巖)。除以上母巖外，火山噴出物、生物物質(zhì)、水體中的化學(xué)沉淀物也是沉積巖的組成部分，在一定條件下，沉積巖中還有宇宙物質(zhì)加入。按成因可分為碎屑巖、粘土巖和化學(xué)巖(包括生物化學(xué)巖)。常見的沉積巖有礫巖、砂巖、泥巖、頁巖、石灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖、鐵質(zhì)巖、磷質(zhì)巖等。沉積巖在地表分布則甚廣，約占陸地面積的75%，而海底幾乎全部為沉積物所覆蓋。（三）變質(zhì)巖地殼內(nèi)早先形成的巖石(巖漿巖